【专家视角】四川农业大学蔡郡倬Nat. Commun.|电化学人工腐殖化产物用于盐碱地修复

近日，四川农业大学蔡郡倬特聘副教授在Nature Communications在线发表了题为“Electrochemical artificial humification for sustainable waste biomass valorization and soil remediation”的研究论文，报道了一种电化学人工腐殖化（EAH）技术将豆渣转化为类天然腐殖质（AHLS），用于盐碱地修复和污染物降解。

全球每年产生约1.4亿吨豆渣等湿态有机废弃物，其高含水率（>80%）导致传统好氧堆肥周期长（30-45天）、占地大、温室气体排放高，且需添加辅料调节C/N比。水热腐殖化虽快但需高温（>160°C）、高压和强碱，设备投资大。微生物腐殖化受限于酶反应速率和代谢瓶颈，难以突破。因此，亟需一种温和、快速、高效的生物质资源化技术，实现废弃物的高值转化和土壤碳封存。

本文构建了以钛亚氧化物为阳极、钛网为阴极的电化学体系，在25 V、常温常压下，协同过二硫酸盐（PDS）60分钟内完成腐殖化。机理研究表明：阳极产生半醌自由基，阴极产生H·还原蛋白质生成伯胺，PDS被电活化生成硫酸根自由基，引发自由基聚合与缩合，形成富含芳香结构、含氧/氮官能团的多孔类腐殖质（AHLS）。产物碳、氮含量分别达52.4%和31.5%，与天然腐殖质高度相似。应用实验中，2% AHLS添加使盐碱土pH从9.06降至8.32，大团聚体比例从1%升至11%，并驱动微生物群落从嗜盐菌向腐殖质相关菌群演替；AHLS可持续释放氮和腐殖酸，呈两阶段缓释特征；其包裹的PDS可持续活化产生硫酸根自由基，12小时内降解土壤中邻苯二甲酸二丁酯85.88%。生命周期评估显示，EAH的碳排放（89.03 kg CO₂ eq/t）比填埋和传统堆肥分别降低95.67%和86.08%，土地占用减少83-92%。技术经济分析表明投资回收期约1.5年，但电费和PDS价格是主要成本敏感因素。目前该技术仍需验证中试规模下的长期稳定性，且PDS残留问题可通过优化用量和反应时间解决（提供替代方案）。未来可结合错峰用电和工艺参数优化，进一步降低成本，推动其在土地紧缺城市及应急处理场景中的应用。该工作为有机废弃物资源化和土壤可持续修复开辟了新路径。